CN114497777B - 用于化成锂离子电池的方法和锂离子电池 - Google Patents

用于化成锂离子电池的方法和锂离子电池 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种用于化成锂离子电池的方法和锂离子电池，用于化成锂离子电池的方法包括：第一静置步骤，用于将注液封口后的锂离子电池进行第一静置处理，以使电解液扩散；第一充电步骤，用于对第一静置处理后的锂离子电池进行第一恒压充电处理和恒流充电处理，以使电解液中的锂盐得到分解；第二充电步骤，用于对恒流充电处理后的锂离子电池进行第二恒压充电处理，以使电解液中的有机溶剂得到分解；第二静置步骤，用于对第二恒压充电处理后的锂离子电池进行第二静置处理，以使固体电解质界面膜得到老化；真空排气步骤，用于对第二静置处理后的锂离子电池进行真空排气处理并封装，得到化成后的锂离子电池。

Description

用于化成锂离子电池的方法和锂离子电池
技术领域
本申请属于电池技术领域，具体涉及一种用于化成锂离子电池的方法和锂离子电池。
背景技术
锂离子电池的诞生，因能量密度高、循环寿命长、无记忆等特性很快改变了人类的生活方式，无论是在3C数码产品、新能源汽车还是在即将迎来爆发式增长的大规模储能方面，都得到了广泛应用。
锂离子电池在工作时，负极的电极界面处会在电压的驱动下生成一层固体电解质界面膜，该固体电解质界面膜具有良好的电子绝缘性，同时又能快速的导通离子。但该固体电解质界面膜在生成时需要消耗正极侧的锂离子，因此，电池的首次库伦效率、初始能量密度以及循环寿命很大程度上取决于负极表面的固体电解质界面的初始特性。为了提升锂离子电池固体电解质界面的初始特性，通常需对锂离子电池进行初始化成，即通过化成工艺而构造出具有高离子传导性，同时兼顾高倍率性和耐腐蚀性的固体电解质界面膜。
现有技术中通常采用电压和电流相结合的方式对锂离子电池进行初始化成，但由于现有技术中对锂离子电池固体电解质界面膜的成核和生长机制尚不明晰，电池电解液中的锂盐和溶剂分解电位难以寻找，导致化成的时间和温度难以匹配，固体电解质界面膜的结构和成分难以与电压、电流及温度信号呈现明显关联，因而化成的方法通常难以实现对固体电解质界面膜的可控化成和精准化成。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种能够对固体电解质界面膜的成分实现精准可控，同时具备高离子传导性和长循环寿命的用于化成锂离子电池的方法和锂离子电池。
本申请第一方面提供一种用于化成锂离子电池的方法，包括：
第一静置步骤，用于将注液封口后的锂离子电池进行第一静置处理，以使电解液扩散；
第一充电步骤，用于对第一静置处理后的锂离子电池进行第一恒压充电处理和恒流充电处理，以使电解液中的锂盐得到分解；
第二充电步骤，用于对恒流充电处理后的锂离子电池进行第二恒压充电处理，以使电解液中的有机溶剂得到分解；
第二静置步骤，用于对第二恒压充电处理后的锂离子电池进行第二静置处理，以使固体电解质界面膜得到老化；
真空排气步骤，用于对第二静置处理后的锂离子电池进行真空排气处理并封装，得到化成后的锂离子电池。
根据本申请第一方面的任一实施方式，第一静置处理包括：
将注液封口后的锂离子电池在第一温度下静置1～5h，优选为2～4h；
其中，第一温度为-10℃～0℃，优选为-9℃～-1℃。
根据本申请第一方面的任一实施方式，第一恒压充电处理包括：
将第一静置处理后的锂离子电池在第二温度下恒压充电0.5h～48h，优选为1～45h；
其中，第二温度为-10℃～0℃，优选为-9℃～-1℃；和/或
恒压充电的电压为1.5～2.0V，优选为1.6～1.9V。
根据本申请第一方面的任一实施方式，恒流充电处理包括：
将第一恒压充电处理后的锂离子电池在第三温度下恒流充电0.1～1h，优选为0.2～0.9h；
其中，第三温度为-10℃～0℃，优选为-9℃～-1℃；和/或
恒流充电的电流为0.01～0.1C，优选为0.02～0.08C。
根据本申请第一方面的任一实施方式，第二恒压充电处理包括：
将恒流充电处理后的锂离子电池在第四温度下恒压充电0.5～48h，优选为1～45h；
其中，第四温度为-10℃～0℃，优选为-9℃～-1℃；和/或
恒压充电的电压为2.0～3.0V，优选为2.2～2.8V。
根据本申请第一方面的任一实施方式，第二静置处理包括：
将第二恒压充电处理后的锂离子电池在第五温度下静置1～5h，优选为2～4h；
其中，第五温度为40℃～60℃，优选为45℃～55℃。
根据本申请第一方面的任一实施方式，真空排气处理的真空度为0.1～0.8MPa，优选为0.2～0.7MPa；和/或
真空排气处理的时间为3～20s，优选为5～18s。
本申请第二方面提供一种锂离子电池，通过本申请第一方面的方法制得。
根据本申请第二方面的任一实施方式，锂离子电池的正极活性物质包括钴酸锂、镍钴锰和镍钴铝中的一种或多种；和/或
锂离子电池的负极活性物质包括石墨、硅碳、锂碳和锂中的一种或多种；和/或
锂离子电池电解液中的锂盐包括六氟磷酸锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂和四氟硼酸锂中的一种或多种；和/或
锂离子电池电解液中的有机溶剂包括碳酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯中的一种或多种。
与现有技术相比，本申请至少具备以下有益效果：
本申请提供的用于化成锂离子电池的方法操作简单，通过将整个流程控制在有限的步骤内，并通过对各个化成步骤内的关键参数进行合理的调控与匹配，实现了固体电解质界面膜的结构和成分与电压、电流及温度信号呈现明显关联，由此实现了锂离子电池固体电解质界面膜的成分精准可控，同时有利于提升固体电解质界面膜的稳定性，另外也兼顾了电池电极界面的高离子传导性和电池的长循环寿命。此外，该方法通过将化成步骤中的反应参数控制在合适范围内，能够显著减少锂离子电池固体电解质界面膜化成过程中的锂离子消耗，从而有利于提升电池的首次库伦效率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种锂离子电池固体电解质界面膜的结构示意图。
图2为本申请实施例提供的一种锂离子电池固体电解质界面膜的透射电镜图。
图3为本申请实施例提供的一种锂离子电池的首次充电过程正负极电位变化图。
具体实施方式
为了使本申请的申请目的、技术方案和有益技术效果更加清晰，以下结合实施例对本申请进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的实施例仅仅是为了解释本申请，并非为了限定本申请。
为了简便，本文仅明确地公开了一些数值范围。然而，任意下限可以与任何上限组合形成未明确记载的范围；以及任意下限可以与其它下限组合形成未明确记载的范围，同样任意上限可以与任意其它上限组合形成未明确记载的范围。此外，尽管未明确记载，但是范围端点间的每个点或单个数值都包含在该范围内。因而，每个点或单个数值可以作为自身的下限或上限与任意其它点或单个数值组合或与其它下限或上限组合形成未明确记载的范围。
在本文的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“以上”、“以下”为包含本数，“一种或多种”中的“多种”的含义是两种以上。
本申请的上述申请内容并不意欲描述本申请中的每个公开的实施方式或每种实现方式。如下描述更具体地举例说明示例性实施方式。在整篇申请中的多处，通过一系列实施例提供了指导，这些实施例可以以各种组合形式使用。在各个实例中，列举仅作为代表性组，不应解释为穷举。
本申请实施例的第一方面提供一种用于化成锂离子电池的方法，包括如下步骤：
S10、第一静置步骤，用于将注液封口后的锂离子电池进行第一静置处理，以使电解液扩散；
S20、第一充电步骤，用于对第一静置处理后的锂离子电池进行第一恒压充电处理和恒流充电处理，以使电解液中的锂盐得到分解；
S30、第二充电步骤，用于对恒流充电处理后的锂离子电池进行第二恒压充电处理，以使电解液中的有机溶剂得到分解；
S40、第二静置步骤，用于对第二恒压充电处理后的锂离子电池进行第二静置处理，以使固体电解质界面膜得到老化；
S50、真空排气步骤，用于对第二静置处理后的锂离子电池进行真空排气处理并封装，得到化成后的锂离子电池。
本申请实施例中的用于化成锂离子电池的方法操作简单，通过将整个流程控制在有限的步骤内，并通过对各个化成步骤内的关键参数进行合理的调控与匹配，从而实现了锂离子电池固体电解质界面膜的成分精准可控，构筑具有以高离子导率无机成分主导，高韧性的有机成分辅助的固体电解质界面膜，同时有利于提升固体电解质界面膜的稳定性，也使得电池的电极界面膜具备高的离子传导性和长循环寿命。此外，该方法通过将化成步骤中的反应参数控制在合适范围内，减少界面处的热力学腐蚀和电化学副反应，能够显著减少锂离子电池固体电解质界面膜化成过程中的锂离子消耗，从而有利于提升电池的首次库伦效率。
在一些实施例中，步骤S10中，第一静置处理包括：将注液封口后的锂离子电池在第一温度下静置1～5h，优选为2～4h，例如可以为2h、3h、4h等等。
在一些实施例中，第一温度为-10℃～0℃，优选为-9℃～-1℃，例如可以为-8℃、-7℃、-6℃、-5℃、-4℃、-3℃、-2℃等等。
本申请实施例中，注液封口后的锂离子电池指的是注入电解液后并进行封口的锂离子电池。本申请实施例中，通过将注液封口后的锂离子电池在-10℃～0℃下静置1～5h，有利于注入的电解液在锂离子电池中进行充分的扩散，从而有利于之后化成反应的发生，化成完毕后，构筑的电极界面具有层状结构，内层以无机物(氟化锂、碳酸锂、氧化锂等)为主，外层为有机物(酯基锂、烷基锂等)为主。
在一些实施例中，步骤S20中，第一恒压充电处理包括：将第一静置处理后的锂离子电池在第二温度下恒压充电0.5～48h，优选为1～45h，例如可以为2h、5h、10h、15h、20h、25h、30h、35h、40h等等。
在一些实施例中，第二温度为-10℃～0℃，优选为-9℃～-1℃，例如可以为-8℃、-7℃、-6℃、-5℃、-4℃、-3℃、-2℃等等。
在一些实施例中，恒压充电的电压为1.5～2.0V，优选为1.6～1.9V，例如可以为1.7V、1.8V、1.9V等等。
本申请实施例中，通过将第一静置处理后的锂离子电池在-10℃～0℃下进行恒压充电0.5～48h，同时将恒压充电的电压值控制在同温度和时间参数相匹配的合适范围内，有利于达到电解液中锂盐的分解电位，并控制锂盐的分解而产生含有锂离子的无机物，使得该含有锂离子的无机物在负极极片处进行部分聚集，进而有利于无机固体电解质界面膜的形成。
作为具体的示例，以电解液中的锂盐为六氟磷酸锂为例，当充电电压为1.5V时，电解液中六氟磷酸锂的分解反应过程如下式(1)所示：
式(1)中，在1.5V的充电电压下，六氟磷酸锂获得电子而生成氟化锂，生成的氟化锂会在负极极片附近进行部分堆积，进而有利于形成无机固体电解质界面膜。
在一些实施例中，步骤S30中，恒流充电处理包括：将第一恒压充电处理后的锂离子电池在第三温度下恒流充电0.1～1h，优选为0.2～0.9h，例如可以为0.3h、0.4h、0.5h、0.6h、0.7h、0.8h等等。
在一些实施例中，第三温度为-10℃～0℃，优选为-9℃～-1℃，例如可以为-8℃、-7℃、-6℃、-5℃、-4℃、-3℃、-2℃等等。
在一些实施例中，恒流充电的电流为0.01～0.1C，优选为0.02～0.08C，例如可以为0.03C、0.04C、0.05C、0.06C、0.07C等等。
本申请实施例中，通过将第一恒压充电处理后的锂离子电池在-10℃～0℃下进行恒流充电0.1～1h，同时将恒流充电的电流值控制在同温度和时间参数相匹配的合适范围内，有利于控制电解液中的锂盐得到充分的分解，并有利于固体电解质界面膜的形成。
在一些实施例中，步骤S40中，第二恒压充电处理包括：将恒流充电处理后的锂离子电池在第四温度下恒压充电0.5～48h，优选为1～45h，例如可以为2h、5h、10h、15h、20h、25h、30h、35h、40h等等。
在一些实施例中，第四温度为-10℃～0℃，优选为-9℃～-1℃，例如可以为-8℃、-7℃、-6℃、-5℃、-4℃、-3℃、-2℃等等。
在一些实施例中，恒压充电的电压为2.0～3.0V，优选为2.2～2.8V，例如可以为2.3V、2.4V、2.5V、2.6V、2.7V等等。
本申请实施例中，通过将恒流充电处理后的锂离子电池在-10℃～0℃下进行恒压充电0.5～48h，同时将恒压充电的电压值控制在同温度和时间参数相匹配的合适范围内，有利于达到电解液中有机溶剂的分解电位，并控制电解液中的有机溶剂分子进行分解，使得分解后形成含锂的有机物质，该含锂的有机物质会在负极极片处进行部分聚集，进而有利于有机固体电解质界面膜的形成。
作为具体的示例，以电解液中的有机溶剂为碳酸乙烯酯为例，当充电电压为2.5V时，电解液中碳酸乙烯酯的分解反应过程如下式(2)所示：
式(2)中，在2.5V的充电电压下，碳酸乙烯酯进行分解反应而生成含锂的有机物，该含锂的有机物会在负极极片附近进行部分堆积，进而有利于形成有机固体电解质界面膜。
在一些实施例中，步骤S50中，第二静置处理包括：将第二恒压充电处理后的锂离子电池在第五温度下静置1～5h，优选为2～4h。例如可以为2.5h、3h、3.5h等等。
在一些实施例中，第五温度为40℃～60℃，优选为45℃～55℃，例如可以为43℃、47℃、49℃、51℃、53℃等等。
本申请实施例中，通过将第二恒压充电处理后的锂离子电池在40℃～60℃下静置1～5h，通过高温下的热力学自发反应，有利于实现固体电解质界面膜的老化，并提升其稳定性，从而得到如图1所示的具备高柔韧度的有机无机复合固体电解质界面膜。
在一些实施例中，真空排气处理的真空度为0.1～0.8MPa，优选为0.2～0.7MPa，例如可以为0.3MPa、0.4MPa、0.5MPa、0.6MPa等等。
在一些实施例中，真空排气处理的时间为3～20s，优选为5～18s，例如可以为7s、9s、11s、13s、15s、17s等等。
本申请实施例中，通过将真空排气处理的真空度和时间控制在合适范围内，有利于将化成过程中产生的气体全部排出，并且不影响固体电解质界面膜及锂离子电池的整体性能。
在一些实施例中，通过本申请上述实施例的方法能够得到一种有机无机交织的复合固体电解质界面膜，该复合固体电解质界面膜的结构如图1和图2所示，该界面膜具备高离子导率和高柔韧度，有利于提升锂离子电池的首次库伦效率。
本申请实施例的第二方面提供一种锂离子电池，通过本申请实施例第一方面的方法制得。
在一些实施例中，锂离子电池包括正极极片、负极极片、电解质和隔离膜。在电池充放电过程中，活性离子在正极极片和负极极片之间往返嵌入和脱出。电解质在正极极片和负极极片之间起到传导离子的作用。隔离膜设置在正极极片和负极极片之间，主要起到防止正负极短路的作用，同时可以使离子通过。
在一些实施例中，正极极片包括正极集流体以及设置在正极集流体至少一个表面的正极膜层，所述正极膜层包括正极活性物质。
在一些实施例中，正极活性物质包括钴酸锂、镍钴锰和镍钴铝中的一种或多种。
在一些实施方式中，正极集流体可采用金属箔片或复合集流体。例如，作为金属箔片，可采用铝箔。复合集流体可包括高分子材料基层和形成于高分子材料基层至少一个表面上的金属层。复合集流体可通过将金属材料(铝、铝合金、镍、镍合金、钛、钛合金、银及银合金等)形成在高分子材料基材(如聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚苯乙烯(PS)、聚乙烯(PE)等的基材)上而形成。
作为示例，正极集流体具有在其自身厚度方向相对的两个表面，正极膜层设置在正极集流体相对的两个表面的其中任意一者或两者上。
在一些实施例中，正极膜层还可选地包括粘结剂。作为示例，所述粘结剂可以包括聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、偏氟乙烯-四氟乙烯-丙烯三元共聚物、偏氟乙烯-六氟丙烯-四氟乙烯三元共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物及含氟丙烯酸酯树脂中的至少一种。
在一些实施例中，正极膜层还可选地包括导电剂。作为示例，所述导电剂可以包括超导碳、乙炔黑、炭黑、科琴黑、碳点、碳纳米管、石墨烯及碳纳米纤维中的至少一种。
在一些实施例中，可以通过以下方式制备正极极片：将上述用于制备正极极片的组分，例如正极活性物质、导电剂、粘结剂和任意其他的组分分散于溶剂中，形成正极浆料；将正极浆料涂覆在正极集流体上，经烘干、冷压等工序后，即可得到正极极片。
在一些实施例中，负极极片包括负极集流体以及设置在负极集流体至少一个表面上的负极膜层，所述负极膜层包括负极活性物质。
在一些实施例中，锂离子电池的负极活性物质包括石墨、硅碳、锂碳和锂中的一种或多种。
在一些实施例中，负极集流体可采用金属箔片或复合集流体。例如，作为金属箔片，可以采用铜箔。复合集流体可包括高分子材料基层和形成于高分子材料基材至少一个表面上的金属层。复合集流体可通过将金属材料(铜、铜合金、镍、镍合金、钛、钛合金、银及银合金等)形成在高分子材料基材(如聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚苯乙烯(PS)、聚乙烯(PE)等的基材)上而形成。
作为示例，负极集流体具有在其自身厚度方向相对的两个表面，负极膜层设置在负极集流体相对的两个表面中的任意一者或两者上。
在一些实施例中，负极膜层还可选地包括粘结剂。所述粘结剂可选自丁苯橡胶(SBR)、聚丙烯酸(PAA)、聚丙烯酸钠(PAAS)、聚丙烯酰胺(PAM)、聚乙烯醇(PVA)、海藻酸钠(SA)、聚甲基丙烯酸(PMAA)及羧甲基壳聚糖(CMCS)中的至少一种。
在一些实施例中，负极膜层还可选地包括导电剂。导电剂可选自超导碳、乙炔黑、炭黑、科琴黑、碳点、碳纳米管、石墨烯及碳纳米纤维中的至少一种。
在一些实施例中，负极膜层还可选地包括其他助剂，例如增稠剂(如羧甲基纤维素钠(CMC-Na))等。
在一些实施例中，可以通过以下方式制备负极极片：将上述用于制备负极极片的组分，例如负极活性材料、导电剂、粘结剂和任意其他组分分散于溶剂中，形成负极浆料；将负极浆料涂覆在负极集流体上，经烘干、冷压等工序后，即可得到负极极片。
在一些实施例中，锂离子电池的电解质采用电解液。所述电解液包括锂盐和有机溶剂。
在一些实施例中，锂盐包括六氟磷酸锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂和四氟硼酸锂中的一种或多种。
在一些实施例中，有机溶剂包括碳酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯中的一种或多种。
在一些实施例中，所述电解液还可选地包括添加剂。例如添加剂可以包括负极成膜添加剂、正极成膜添加剂，还可以包括能够改善电池某些性能的添加剂，例如改善电池过充性能的添加剂、改善电池高温或低温性能的添加剂等。
在一些实施例中，锂离子电池中还包括隔离膜。本申请对隔离膜的种类没有特别的限制，可以选用任意公知的具有良好的化学稳定性和机械稳定性的多孔结构隔离膜。
在一些实施例中，隔离膜的材质可选自玻璃纤维、无纺布、聚乙烯、聚丙烯及聚偏二氟乙烯中的至少一种。隔离膜可以是单层薄膜，也可以是多层复合薄膜，没有特别限制。在隔离膜为多层复合薄膜时，各层的材料可以相同或不同，没有特别限制。
本申请实施例中，通过选用合适的正极活性物质、负极活性物质、锂盐及有机溶剂，并配合本申请第一方面的方法制备得到的锂离子电池具备有机无机复合固体电解质界面膜，该固体电解质界面膜具备较高的稳定性，其有利于提升锂离子电池的离子传导性、首次库伦效率及循环寿命。
实施例
下述实施例更具体地描述了本申请公开的内容，这些实施例仅仅用于阐述性说明，因为在本申请公开内容的范围内进行各种修改和变化对本领域技术人员来说是明显的。除非另有声明，以下实施例中所报道的所有份、百分比、和比值都是基于重量计，而且实施例中使用的所有试剂都可商购获得或是按照常规方法进行合成获得，并且可直接使用而无需进一步处理，以及实施例中使用的仪器均可商购获得。
实施例1
锂离子电池注液封口后：(1)在-10℃的下静置1.0h；(2)在-10℃下以1.5V的恒电压充电0.5h；(3)在-10℃下以0.01C的恒电流充电0.1h；(4)在-10℃下以2.0V的恒电压充电0.5h；(5)在40℃下静置1.0h；(6)以0.1MPa的真空度排出产生的气体并再次封装电池。
其中，锂离子电池为钴酸锂正极匹配石墨负极的全电池；化成后得到的负极固体电解质界面膜呈现有机无机交织的结构。
实施例2
锂离子电池注液封口后：(1)在0℃下静置5.0h；(2)在0℃下以2.0V的恒电压充电48h；(3)在0℃下以0.1C的恒电流充电1.0h；(4)在0℃下以3.0V的恒电压充电48h；(5)在60℃下静置5.0h；(6)以0.8MPa的真空度排出产生的气体并再次封装电池。
其中，锂离子电池为镍钴锰三元正极匹配硅碳负极的全电池；化成后得到的负极固体电解质界面膜呈现有机无机交织的结构。
实施例3
锂离子电池注液封口后：(1)在-5℃下静置2.5h；(2)在-5℃下以1.8V的恒电压充电2h；(3)在-5℃下以0.05C的恒电流充电0.5h；(4)在-5℃下以2.5V的恒电压充电24h；(5)在50℃下静置2.0h；(6)以0.3MPa的真空度排出产生的气体并再次封装电池。
其中，锂离子电池为镍钴铝三元正极匹配锂碳负极的全电池；化成后得到的负极固体电解质界面膜呈现有机无机层状结构。
实施例4
锂离子电池注液封口后：(1)在-1℃下静置4h；(2)在0℃下以1.6V的恒电压充电7.5h；(3)在-10℃下以0.03C的恒电流充电0.1h；(4)在-10℃下以2.2V的恒电压充电6.5h；(5)在40℃下静置5.0h；(6)以0.4MPa的真空度排出产生的气体并再次封装电池。
其中，锂离子电池为镍钴铝三元正极匹配锂碳负极的全电池；化成后得到的负极固体电解质界面膜呈现有机无机交织的结构。
实施例5
锂离子电池注液封口后：(1)在-2℃下静置4h；(2)在0℃下以1.9V的恒电压充电0.5h；(3)在-10℃下以0.08C的恒电流充电0.1h；(4)在-10℃下以2.7V的恒电压充电0.5h；(5)在50℃下静置1.0h；(6)以0.6MPa的真空度排出产生的气体并再次封装电池。
其中，锂离子电池为钴酸锂正极匹配锂金属负极的全电池；化成后得到的负极固体电解质界面膜呈现有机无机层状结构。
实施例6
锂离子电池注液封口后：(1)在-5℃下静置4h；(2)在0℃下以1.9V的恒电压充电4h；(3)在-10℃下以0.04C的恒电流充电0.1h；(4)在-10℃下以2.7V的恒电压充电5h；(5)在55℃下静置1.0h；(6)以0.6MPa的真空度排出产生的气体并再次封装电池。
其中，锂离子电池为钴酸锂正极匹配硅碳负极的全电池；化成后得到的负极固体电解质界面膜呈现有机无机交织的结构。
实施例7
锂离子电池注液封口后：(1)在-7℃下静置4h；(2)在0℃下以1.7V的恒电压充电0.5h；(3)在-10℃下以0.07C的恒电流充电0.1h；(4)在-10℃下以2.7V的恒电压充电5h；(5)在50℃下静置1.0h；(6)以0.4MPa的真空度排出产生的气体并再次封装电池。
其中，锂离子电池为镍钴锰正极匹配锂金属负极的全电池；化成后得到的负极固体电解质界面膜呈现有机无机交织的结构。
实施例8
锂离子电池注液封口后：(1)在-10℃下静置3h；(2)在0℃下以1.7V的恒电压充电0.5h；(3)在-10℃下以0.01C的恒电流充电0.1h；(4)在-10℃下以2.2V的恒电压充电0.5h；(5)在40℃下静置1.0h；(6)以0.4MPa的真空度排出产生的气体并再次封装电池。
其中，锂离子电池为钴酸锂正极匹配锂碳负极的全电池；化成后得到的负极固体电解质界面膜呈现有机无机层状结构。
实施例9
锂离子电池注液封口后：(1)在-5℃的低温下静置1.0h；(2)在0℃下以1.5V的恒电压充电0.5h；(3)在-10℃下以0.01C的恒电流充电0.1h；(4)在-10℃下以2.0V的恒电压充电5h；(5)在40℃下静置1.0h；(6)以0.1MPa的真空度排出产生的气体并再次封装电池。
其中，锂离子电池为镍钴锰正极匹配锂金属负极的全电池；化成后得到的负极固体电解质界面膜呈现有机无机交织的结构。
对比例1
锂离子电池的组成同实施例1，区别在于：利用现有技术中的其他无法实现固体电解质界面膜的成分精准可控的化成工艺进行锂离子电池的化成。例如，将锂离子电池注液封口后：(1)在50℃的低高温下静置24h；(2)在25℃下以0.01C的恒电流充电至3.5V；(3)在25℃下以3.5V的恒电压充电；(4)在40℃下静置12.0h；(5)以0.1MPa的真空度排出产生的气体并再次封装电池。
其中，锂离子电池为钴酸锂正极匹配石墨负极的全电池；化成后得到的负极固体电解质界面膜呈现无序混乱的结构。
测试部分
将上述实施例1～9及对比例1进行相关的性能测试，测试结果示于如下表1。
表1
项目 首次库伦效率(％) 循环300次后的容量保持率(％)
实施例1 95 98
实施例2 97 99
实施例3 94 97
实施例4 96 98
实施例5 94 96
实施例6 93 95
实施例7 95 97
实施例8 98 99
实施例9 95 96
对比例1 90 92
(1)锂离子电池的首次库伦效率及循环性能测试
在25℃、常压环境下，将实施例1～9及对比例1中的锂离子二次电池以实施例1～9及对比例1中描述的方法和方案完成化成后，将电池以0.1C倍率恒流充电至4.25V,之后恒压充电至电流为0.05C，静置5min，记录此时的充电容量，即为首次充电容量；再以0.1C倍率恒流放电至2.5V，再静置5min，此为第一个循环充放电过程，记录此时的放电容量，即为首次放电容量。将二次电池按照0.3C倍率恒流充电至4.25V,之后恒压充电至电流为0.05C，静置5min，记录此时的充电容量，再以0.3C倍率恒流放电至2.5V，再静置5min，此为第二个循环及后续循环的充放电过程，记录此时的放电容量，按照上述方法进行2～300次循环充放电测试，记录每次的充放电容量。
电池的首次库伦效率(％)＝首次放电容量/首次充电容量×100％，其中首次充电容量为电池在0.1C(1C＝1小时充/放电池额定电量)倍率下的所能充入的总容量，首次放电容量为电池在0.1C倍率下的所能放出的总容量。
电池的容量保持率(％)＝第300次的放电容量/首次放电容量×100％
对比分析实施例1～9与对比例1可知，本申请提供的用于化成锂离子电池的方法，通过对各个化成步骤内的关键参数进行合理的调控与匹配，实现了固体电解质界面膜的结构和成分与电压、电流及温度信号呈现明显关联，由此实现了锂离子电池固体电解质界面膜的成分精准可控。通过本申请化成方法得到的锂离子电池，其首次库伦效率和循环性能得到明显的提升，说明该化成方法能够减少锂离子电池固体电解质界面膜化成过程中的锂离子消耗，并且有利于提升电池电极界面的离子传导性和电池的循环寿命。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (15)

1.一种用于化成锂离子电池的方法，其特征在于，包括：
第一静置步骤，用于将注液封口后的锂离子电池进行第一静置处理，以使电解液扩散；
第一充电步骤，用于对所述第一静置处理后的锂离子电池进行第一恒压充电处理和恒流充电处理，以使电解液中的锂盐得到分解；
所述第一恒压充电处理包括将所述第一静置处理后的锂离子电池在第二温度下恒压充电0.5～48h，所述第二温度为-10～0℃；
所述恒流充电处理包括将所述第一恒压充电处理后的锂离子电池在第三温度下恒流充电0.1～1h，所述第三温度为-10～0℃；
第二充电步骤，用于对所述恒流充电处理后的锂离子电池进行第二恒压充电处理，以使电解液中的有机溶剂得到分解；
所述第二恒压充电处理包括将所述恒流充电处理后的锂离子电池在第四温度下恒压充电0.5～48h，所述第四温度为-10～0℃；
第二静置步骤，用于对所述第二恒压充电处理后的锂离子电池进行第二静置处理，以使固体电解质界面膜得到老化；
真空排气步骤，用于对所述第二静置处理后的锂离子电池进行真空排气处理并封装，得到化成后的锂离子电池。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一静置处理包括：
将所述注液封口后的锂离子电池在第一温度下静置1～5h；
其中，所述第一温度为-10℃～0℃。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一静置处理的静置时间为2～4h，所述第一温度为-9～-1℃。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一恒压充电处理包括：
将所述第一静置处理后的锂离子电池在第二温度下恒压充电1～45h；
其中，所述第二温度为-9℃～-1℃；和/或
所述恒压充电的电压为1.5～2.0V。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述恒压充电的电压为1.6～1.9V。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述恒流充电处理包括：
将所述第一恒压充电处理后的锂离子电池在第三温度下恒流充电0.2～0.9h；
其中，所述第三温度为-9℃～-1℃；和/或
所述恒流充电的电流为0.01～0.1C。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述恒流充电的电流为0.02～0.08C。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二恒压充电处理包括：
将所述恒流充电处理后的锂离子电池在第四温度下恒压充电1～45h；
其中，所述第四温度为-9℃～-1℃；和/或
所述恒压充电的电压为2.0～3.0V。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，恒压充电的电压为2.2～2.8V。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二静置处理包括：
将所述第二恒压充电处理后的锂离子电池在第五温度下静置1～5h；
其中，所述第五温度为40℃～60℃。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述第二静置处理的静置时间为2～4h，所述第五温度为45℃～55℃。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述真空排气处理的真空度为0.1～0.8MPa；和/或
所述真空排气处理的时间为3～20s。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述真空排气处理的真空度为0.2～0.7MPa；和/或
所述真空排气处理的时间为5～18s。
14.一种锂离子电池，通过如权利要求1-13中任一项所述的方法制得。
15.如权利要求14所述的锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池的正极活性物质包括钴酸锂、镍钴锰和镍钴铝中的一种或多种；和/或
所述锂离子电池的负极活性物质包括石墨、硅碳、锂碳和锂中的一种或多种；和/或
所述锂离子电池电解液中的锂盐包括六氟磷酸锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂和四氟硼酸锂中的一种或多种；和/或
所述锂离子电池电解液中的有机溶剂包括碳酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯中的一种或多种。
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